一種翼面流動分離控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明一種翼面流動分離控制裝置屬于壓電式激勵器中的主動流動控制領域，涉及一種用于翼面流動分離控制的裝置，實現(xiàn)在低雷諾數(shù)下減小流動分離、改善機翼氣動性能的主動流動控制，并為未來飛行器性能的提升提供技術支持。該裝置采用壓電雙晶片的板狀和模塊化結構，使用并聯(lián)加載方式同時驅動四個翼面流動分離控制裝置。該裝置由基座、樹脂膠層、彈簧鋼片、上、下壓電陶瓷片、電極引線組成。本發(fā)明由于結構簡單、體積小、能量轉化高、易實現(xiàn)等特點在工程應用上具有獨特的優(yōu)勢；在基座上層涂抹樹脂膠層，安裝結束后通過整修樹脂膠層，使其擬合翼型模型流線，減小了控制裝置對整個翼型模型產生的額外干擾，在主動流動控制中具有廣泛的應用前景。
【專利說明】一種翼面流動分離控制裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于壓電式激勵器中的主動流動控制研究領域，特別涉及一種用于翼面流動分離控制的裝置，實現(xiàn)在低雷諾數(shù)下減小流動分離、改善機翼氣動性能的主動流動控制，并為未來飛行器性能的提升提供技術支持。
【背景技術】
[0002]翼型是各種飛行器上廣泛使用的幾何形狀，如舵、穩(wěn)定翼、鰭等，在低雷諾數(shù)下，流體流動常常處于層流狀態(tài)，逆壓梯度的抵抗能力弱，易產生分離、轉捩等流動現(xiàn)象，從而使得升力減小、阻力增加，在一定條件下還會產生振蕩，進而引起振動或噪聲，以及結構疲勞等不良后果，嚴重時甚至影響到飛行器的安全性，大大地降低了飛行器的氣動性能。因此，研究低雷諾數(shù)下減小流動分離的控制方法很有現(xiàn)實意義。目前，研究低雷諾數(shù)下減小流動分離的控制方法主要有被動流動控制方法和主動流動控制方法。
[0003]在工程上廣泛應用的被動流動控制既不需要注入能量，也不改變大的結構，只是加裝一些小的元件也可以達到流動控制的目的，如可用于減阻的溝槽肋條、能夠減小誘導阻力的剪切翼尖、可提高升力的渦襟翼、推遲轉捩控制分離的渦流發(fā)生器等。雖然被動控制方式不需要額外的能量注入，使用比較方便，但它主要通過預先設計好的固定裝置來改變流動狀態(tài)，當流場實際情況與設計狀態(tài)有所偏離時，控制效果將會降低，并且存在工作期間無法根據(jù)實際情況進行調節(jié)、控制效果易受流動狀態(tài)變化影響、在非設計狀態(tài)下會產生額外的附加阻力等缺點。
[0004]主動流動控制通過向流場注入可控的能量,可更加靈活、精確、有效地改變流動狀態(tài)，從而實現(xiàn)抑制流動分離和轉捩、提高流動穩(wěn)定性，達到減少航行器在流體中的阻力、減少壓力脈動、降低輻射噪聲等效果。相比于傳統(tǒng)的被動流動控制方法，主動流動控制具有更高的效率、魯棒性和理想的動態(tài)控制效果，因而具有廣闊的應用前景。主動流動控制有多種實現(xiàn)方式，如機械式、電磁式、壓電式、抽吸式等。其中基于壓電激勵器的方式，本發(fā)明由于結構簡單、體積小、能量轉化高、易實現(xiàn)等特點在工程應用上具有獨特的優(yōu)勢，在主動流動控制中具有廣泛的應用前景。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術難題是克服現(xiàn)有技術的缺陷，發(fā)明一種翼面流動分離控制裝置，用于為未來飛行器性能的提升提供技術支持?？朔粍恿鲃涌刂萍夹g存在工作期間無法根據(jù)實際情況進行調節(jié)、控制效果易受流動狀態(tài)變化影響、在非設計狀態(tài)下會產生額外的附加阻力等缺點。該控制裝置利用壓電陶瓷在電場作用下產生形變的特點，采用壓電雙晶片的板狀結構，并使用并聯(lián)加載方式同時驅動四個翼面流動分離控制裝置I，使整個結構發(fā)生更大彎曲變形，解決了壓電單晶片結構變形小、串聯(lián)加載方式效率低等問題；采用模塊化設計，主要分為基座、樹脂膠層和壓電雙晶片三部分，避免了加工制作復雜困難等問題。
[0006]本發(fā)明采用的技術方案是一種翼面流動分離控制裝置，該裝置由基座1、樹脂膠層2、彈簧鋼片3、上壓電陶瓷片4、下壓電陶瓷片4’、上壓電陶瓷片電極引線5、下壓電陶瓷片電極引線5’、彈簧鋼片電極引線5”組成。其中，上、下壓電陶瓷片4、4’由鋯鈦酸鉛制備而成，粘貼在彈簧鋼片3上、下表面，右側端面齊平，彈簧鋼片3左側粘貼在基座I上，基座I上層涂抹樹脂膠層2，最終擬合翼型模型流線，壓電陶瓷片4和4’表面上鍍一層銀電極，壓電陶瓷片4、4’分別引出的電極引線5、5’通過基座I上的小孔及下表面的槽內進行走線，彈簧鋼片3引出的電極引線5”接地。
[0007]本發(fā)明的顯著效果是:設計發(fā)明的一種翼面流動分離控制裝置，實現(xiàn)了在低雷諾數(shù)下減小分離、改善機翼氣動性能的主動流動控制。它基于雙晶片結構，利用壓電陶瓷在電場作用下產生形變的特點，使整個結構發(fā)生彎曲變形，解決了壓電單晶片結構變形小、串聯(lián)加載方式效率低等問題；在基座上層涂抹樹脂膠層，安裝結束后通過整修樹脂膠層，使其擬合翼型模型流線，減小了控制裝置對整個翼型模型產生的額外干擾，實現(xiàn)了在低雷諾數(shù)下減小流動分離、改善機翼氣動性能的主動流動控制；另外該裝置可分別對每個翼面流動分離控制裝置施加不同的驅動電壓，實現(xiàn)多種情況下的實時調控，為未來飛行器性能的提升提供了技術支持。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]附圖1為翼面流動分離控制裝置I的整體結構示意圖，附圖2為翼面流動分離控制裝置I的俯視圖，附圖3為翼面流動分離控制裝置I的主剖視圖，附圖4為修整后的翼面流動分離控制裝置I裝在翼型模型上的主剖視圖，附圖5為四個翼面流動分離控制裝置I裝在翼型模型上的俯視圖。
[0009]圖中:1-基座，2-樹脂膠層，3-彈簧鋼片，4-上壓電陶瓷片，4’ -下壓電陶瓷片，5-電極引線，6-連接螺釘，7-翼型模型，1-翼面流動分離控制裝置。
【具體實施方式】
[0010]結合附圖和技術方案詳細說明本發(fā)明的實施。本發(fā)明設計的一種翼面流動分離控制裝置，基于壓電雙晶片采用模塊化結構，圖1為翼面流動分離控制裝置I的整體結構示意圖，圖2為翼面流動分離控制裝置I的俯視圖，圖3為翼面流動分離控制裝置I的主剖視圖，主要包括基座1、樹脂膠層2、彈簧鋼片3、上壓電陶瓷片4、下壓電陶瓷片4’、上壓電陶瓷片電極引線5、下壓電陶瓷片電極引線5’、彈簧鋼片電極引線5”。上、下壓電陶瓷片4、4’由鋯鈦酸鉛制備而成，具體型號為PZT-5H。它基于雙晶片結構，利用壓電陶瓷在電場作用下產生形變的特點，在彈簧鋼片3的上表面粘有上壓電陶瓷片4，下表面粘有下壓電陶瓷片4’。按相同極性粘貼，采用并聯(lián)加載方式對四個翼面流動分離控制裝置I進行驅動，壓電陶瓷片4和4’的作用相反，一片伸長時，另一片縮短，使整個結構發(fā)生更大彎曲變形，解決了壓電單晶片結構變形小、串聯(lián)加載方式效率低等問題；在基座I上層涂抹樹脂膠層2，安裝結束后通過整修樹脂膠層2，使其擬合翼型模型流線，減小了控制裝置對整個翼型模型產生的額外干擾；分別對每個翼面流動分離控制裝置施加不同的驅動電壓，實現(xiàn)多種情況下的實時調控，為未來飛行器性能的提升提供了技術支持。圖4為修整后的翼面流動分離控制裝置I裝在翼型模型上的主剖視圖，其中，細圓弧線為理想的翼型曲線，空腔上方的粗圓弧線為樹脂膠層2最終修整后得到的曲線。圖5為四個翼面流動分離控制裝置I裝在翼型模型上的俯視圖，其中，每個翼面流動分離控制裝置I通過四個連接螺釘7與翼型模型6進行連接，每個翼面流動分離控制裝置I的間隙為0.5mm。
[0011]在具體實施過程中，信號發(fā)生器發(fā)出的信號經過電壓放大器放大后，輸送到四個翼面流動分離控制裝置I對其進行驅動，基座I和彈簧鋼片3作為壓電陶瓷片4和4’的一個電極，壓電陶瓷片4和4’的外表面各制作一層電極,驅動信號的一端與基座I相連,另一端與壓電陶瓷片4和4’電極相連。壓電陶瓷片4和4’內形成的電場大小相等，方向相反。壓電陶瓷片4和4’按極性同向布置，在方向相反的電場作用下，一片伸長，一片縮短，使整個結構發(fā)生彎曲變形，產生振動，有效地改變了流體流動狀態(tài)，從而實現(xiàn)抑制流動分離和轉捩、提高流動穩(wěn)定性，達到減少航行器在流體中的阻力、減少壓力脈動、降低輻射噪聲等效果。同時壓電陶瓷片4和4’的位移信號可經過激光位移傳感器測量后輸送到示波器，電壓放大器的監(jiān)測電壓信號也輸送到示波器，通過示波器可以同時觀察驅動電壓的監(jiān)測信號和位移信號并對其進行分析、處理和保存；對上方兩個翼面流動分離控制裝置I施加電壓信號，下方兩個施加相反的電壓信號，在不同電場作用下可對流體實現(xiàn)旋振擾動；對兩端翼面流動分離控制裝置I施加電壓信號，中間兩個施加相反的電壓信號，可實現(xiàn)拱形的擾流方式，有效地改變了流體的流動狀態(tài)；根據(jù)實際情況可對每個翼面流動分離控制裝置I單獨加載電壓信號，實現(xiàn)多種擾流方式，達到減小流動分離、改善機翼氣動性能的目的。
[0012]翼面流動分離控制裝置I可單獨加載電壓信號、結構簡單、制造容易、安裝方便、耗能少、可以實時有效地改變流體的流動狀態(tài)，達到減小流動分離、改善機翼氣動性能控制效果，是流體主動控制領域比較前沿的技術，應用潛力大。
【權利要求】
1.一種翼面流動分離控制裝置，其特征在于，翼面流動分離控制裝置基于壓電雙晶片采用模塊化結構，使用并聯(lián)加載方式同時驅動四個翼面流動分離控制裝置I，裝置由基座(I)、樹脂膠層(2)、彈簧鋼片(3)、上壓電陶瓷片(4)、下壓電陶瓷片(4’)、上壓電陶瓷片電極引線(5)、下壓電陶瓷片電極引線(5’)、彈簧鋼片電極引線(5”)組成。其中，上、下壓電陶瓷片(4)、(4’ )由鋯鈦酸鉛制備而成，粘貼在彈簧鋼片(3)上、下表面，右側端面齊平，彈簧鋼片(3)左側粘貼在基座(I)上，基座(I)上層涂抹樹脂膠層(2)，最終擬合翼型模型流線，壓電陶瓷片⑷和(4’ )表面上鍍一層銀電極，壓電陶瓷片(4)、(4’ )分別引出的電極引線(5)、(5’)，通過基座(I)上的小孔及下表面的槽內進行走線，彈簧鋼片(3)引出的電極引線(5”)接地。
【文檔編號】B64C13/00GK103770933SQ201410059093
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月19日 優(yōu)先權日:2014年2月19日
【發(fā)明者】劉巍, 賈振元, 畢曉丹, 劉偉國, 姜尓東 申請人:大連理工大學